Занятие 1.2.1 Методы обеспечения режима работы транзистора в каскадах усиления (Лекция 4, 2 часа)

Учебные вопросы:

1. Схема с фиксированным током базы I_б

2. Схема с фиксированным напряжением U_БЭ

3. Схема с температурной коллекторной стабилизацией

4. Схема с температурной эмиттерной стабилизацией

1.2.1 Схема с фиксированным током базы

Рисунок 1.10 Схема с фиксированным током базы

Для нормальной работы любого усилительного каскада необходимо установить определенные токи и напряжения в входной и выходной цепях транзистора при отсутствии входного сигнала. Такой режим называют статическим(режим по посто­янному току, режим покоя). Значения постоянных составляющих токов и напряжений определяются источниками питания во входной и выходной цепях усилителя.

В практических схемах отдельный источник смещения во входной цепи используется редко, а вводятся дополнительные элементы смещения (обычно рези­сторы), на которые подается напря­жение от источника смещения в вы­ходной цепи. Рассмотрим основные способы обеспечения режима по по­стоянному току в схеме с ОЭ. Основ­ным требованием при этом является обеспечение постоянства выбранного режима покоя при изменении тем­пературы и замене транзистора.

В схеме на рис. 1.10 режим по по­стоянному току задается с помощью резисторов и источника питания. Смещение эмиттерного перехо­да осуществляется за счет протека­ния тока базы от источника питания через резистор . Уравнение Кирхгофа для входной цепи имеет вид:

.

При этом (эмиттерный переход открыт). Тогда

, (2.1)

откуда следует, что начальный ток базы не зависит от транзи­стора и определяется только внешними параметрам и . Поэтому такой метод обеспечения режима работы транзистора по по­стоянному току называется смещением фиксированным током базы.

Недостатками данной схемы являются:

1)трудность обеспечения режима покоя в выходной цепи при установке транзисторов с допустимым промышленным раз­бросом параметра без изменения сопротивления резистора :

(2.2)

Ток не зависит от параметров транзистора, а точка по­коя в выходной цепи может оказаться или в области насыщения или вблизи границы режима отсечки;

2) не учитывается изменение обратного коллекторного тока транзистора от температуры. Схема с фиксированным током базы может быть использована для работы в диапазоне изменения температур, не превышающем 10...20 °С.

1.2.2 Схема с фиксированным напряжением база – эмиттер

Рисунок 1.11 Схема с фиксированным напряжением базы

В схеме на рис. Режим покоя обеспечивается фиксированным напряжением на базе транзистора с помощью источника питания и делителя из резисторов и .

Сопротивления резисторов и при заданном начальном токе базы , соответствующем напряжению , определяют по формулам

где — ток делителя, который выбирается из условия обеспече­ния необходимой стабильности режима работы; .

Напряжение

не зависит от параметров транзистора. В связи с этим такой спо­соб задания режима по постоянному току называют смещением фиксированным напряжением базы.

С увеличением температуры токи и изменяются практически одинаково, что приводит к увеличению . Точка покоя перемещается в сторону режима насыщения. Для обеспе­чения температурной стабилизации усилительных каскадов ис­пользуют обратные связи по постоянному току или постоянному напряжению, которые снижают действие дестабилизирующих температурных факторов.

1.2.3 Схемы с температурной стабилизацией

На рис. 1.12, а представлена схема с коллекторной стаби­лизацией. Ее отличие от схемы (рис. 1.10) состоит в том, что резистор подключен к коллекторному выводу транзистора с напряжением , а не к источнику питания. В этом случае ток смещения определяется так:

Физический смысл коллекторной температурной стабилиза­ции заключается в следующем. При повышении температуры коллекторный ток увеличивается, а напряжение уменьшается. Это приводит к уменьшению потенциала базы, а следователь­но, к уменьшению тока базы и коллекторного тока , кото­рый стремится к своему первоначальному значению. Таким образом, это существенно ослабляет влияние температуры на ха­рактеристики усилительного каскада.

а)

б)

Рисунок 1.12 Схемы транзисторного каскада

.

Это приводит к уменьшению напряжения на эмиттерном переходе, что вызывает уменьшение базового тока , в результате чего ток коллектора также уменьшается, стремясь возвра­титься к своему первоначальному значению.

Введение резистора при отсутствии конденсатора из­меняет работу усилительного каскада не только в режиме покоя, но и при наличии входного сигнала. Переменная составляющая эмиттерного тока создает на резисторе падение напряжения, так называемое напряжение обратной связи(ОС), которое уменьшает усиливаемое напряжение, подводимое к транзистору:

Коэффициент усиления усилительного каскада будет умень­шаться. Для ослабления влияния отрицательной обратной связи по переменному току параллельно резистору включается кон­денсатор . Ёмкость конденсатора выбирают таким образом, чтобы в полосе пропускания усилителя его сопротивление было значительно меньше . При этом падение напряжения на парал­лельном соединении и от переменной составляющей тока эмиттера будет незначительным.

Таким образом, режим покоя можно обеспечить:

· заданием требуемого тока базы с помощью резистора с большим сопротивлением (рис. 1.12,а);

· заданием потенциала базы с помощью делителя напряже­ния или получением за счет включения (1.12,б).